在许多电子应用中,为了在机架中容纳更多卡,通常会采用低矮型元件。然而,低矮型元件并不总是适合现代电子产品的高封装密度,尤其是在服务器机架中,因为服务器机架的“XY”空间有限,但“Z”高度却很充足。在这些应用中,尽可能提高高度并最小化XY尺寸,可以在单张卡上集成更多功能,最终提高数据中心每平方米机房空间的功能密度。.
因此,采用垂直布局、占用空间极小的DC/DC电源模块也有其用武之地——看看任何一台台式电脑的内部,你都会看到它们作为VRM(电压调节模块)为CPU提供负载点电源,而CPU通常配备高大的散热器和风扇组件。虽然可以通过复杂的散热管和支架结构为垂直模块提供散热,但作为通用产品,它们必须能够通过对流或强制风冷的方式运行,并配备集成散热器。现在的问题在于如何确定可用的空气量、相邻散热组件产生的温度以及实际可达到的风量。现代电源模块的效率非常高,在数百瓦的负载下功耗仅为几瓦,但负载可能就在几厘米之外,位于气流的上游,从而将局部环境温度升高到很高的水平。.
三维思考
在高功率下,即使是高度最低的DC/DC转换器通常也需要散热片,这会增加整体高度,并增加采购和安装散热片的成本,使其实际上悬浮在其他电路板元件之上。其他元件也可能决定所需的高度,例如连接器、板载风扇或大容量电容器。在其他情况下,限制因素可能是PCB XY尺寸的占用面积,例如,传统的‘砖形’模块(可能底部带有‘禁入’区域)会占用过多宝贵的电路板面积,而这些面积原本可以用于其他元件或走线。.
垂直功率模块可能是一种很有价值的解决方案。
然而,如果采用‘整体’方法,垂直设计就能带来更多价值。最新的垂直IBC产品能够在略小于同等功率水平四分之一砖尺寸的空间内,实现900瓦的额定功率。此外,垂直IBC可以集成环绕式散热器,有效增加散热面积,即使在适中的风量下也能实现高效散热。与必须与外部散热器或冷板进行热连接的低矮底板式散热系统相比,这种散热器还可以根据模块进行优化设计,从而最大限度地降低组件的热阻。低矮底板式散热系统容易出现隔热和平面度不均的情况,尤其是在固定多个模块时。.
高功率垂直模块的一个潜在问题是机械安装——例如,由于重心高且重量大,仅靠SMD端子可能不足以在冲击和振动测试中牢固固定模块。通常首选通孔端子,因为它们能提供机械支撑,有时还会辅以螺钉固定,但这会使组装过程略显不便且成本更高。.
垂直式直流/直流电源模块可在不到 7 厘米的距离内提供 300 瓦的功率。2 脚印
Flex功率模块就是垂直功率模块有效应用的一个例子。 BMR520 产品 (图 1这被称为‘功率刀片’,是一个功能齐全的 300W 隔离式 DC/DC 转换器,输入电压为 42.5-75V,输出电压为 12V。该刀片采用 SMD 贴片封装,尺寸为 17mm x 40mm,在 20mm 的高度内实现了最大散热面积。它构成了一个功率转换级,由一个采用传统水平 PCB SMD 封装的独立控制组件驱动。.

图 1:Flex 功率模块 BMR520 (300 W) 垂直 DC/DC 转换器及控制组件
控制组件包含所有控制、监控和保护功能,并且是 PMBus 总线。® 已启用。刀片的集成散热器覆盖模块的两条长边,以实现最大的表面积和有效的散热。凭借高达约 94% 的转换效率,在 48V 输入电压下,即使空气流量充足,也能在超过 80°C 的空气温度下正常工作。尺寸仅为 17mm x 17mm 的小型控制组件安装在旁边,可驱动多达三个刀片,总输出功率可达 900W。控制级和功率级的分离设计,可根据功耗灵活选择 1、2 或 3 个刀片,同时减轻功率级的重量,使其能够安全地进行表面贴装,并采用常规自动化装配方式,包括两个机械支撑通孔插针式焊膏连接。现在,您可以调整垂直模块的方向,以充分利用可用气流,甚至可以发挥创意,将其用作‘挡板”,引导热空气远离下游敏感组件。与一块较大的四分之一砖(通常为 58.4 x 36.8 x 12.19 毫米)相比,小尺寸的刀片更容易安装到典型的电路板布局中。
非隔离式电源模块也有其用武之地。
目前 BMR520 通常情况下,会接非隔离式负载点转换器,而在空间允许的情况下,‘SIP’型负载点转换器模块可以占用较小的空间,同时提供显著的功率输出。例如,通孔式 BMR474 Flex系列电源模块在仅33mm x 12.1mm的板面积内,集成散热器,并可在3m/s风速下提供高达80A/198W的功率。另有一款尺寸仅为33mm x 8.6mm的版本,同样可在相同风速下提供80A的电流,但由于自然对流散热温度较低,其额定功率有所降低。两款产品的高度均为19mm。此外,该系列产品也将很快推出SIP封装版本。 BMR473 封装尺寸仅为 26.3(长)x 8.8(宽)x 15.6(高)毫米,可提供高达 40A 的电流。.
追求高规格可能是一件好事,尤其是在试图最大限度地利用可用电路板空间时。但这并不一定意味着要牺牲散热或电气性能——BMR520 和 BMR474 得到支持 伟创力电源设计器 使用软件,您可以模拟可获得的显著优势。.